ETC门架监测与运维管理探讨

作者：靳冰，庄宁超（河南东方世纪交通科技股份有限公司）

摘要：在数字交通与取消全国高速公路省界收费站的大背景下，ETC门架监测与运维管理面临着前所未有的挑战与机遇。本文分析了运维业务存在的问题与取消省界收费站工程带来的变化，在此基础上提出了建设架构，并从运维大数据融合分析与监测、运维全生命周期管理两个方面简单阐述了智能监测与运维，以期提高高速公路的监测与运维业务能力。

随着经济社会的快速发展，新一代信息技术与交通运输深度融合发展的趋势日益明显。为贯彻落实党中央、国务院关于推进数字经济发展的决策部署，2019年7月交通运输部印发的《数字交通发展规划纲要》指出，数字交通是数字经济发展的重要领域，是以数据为关键要素和核心驱动，促进物理和虚拟空间的交通运输活动不断融合、交互作用的现代交通运输体系。以“数据链”为主线，构建数字化的采集体系、网络化的传输体系和智能化的应用体系，加快交通运输信息化向数字化、网络化、智能化发展，为交通强国建设提供支撑。

为贯彻落实党中央、国务院决策部署，进一步深化收费公路制度改革，加快取消全国高速公路省界收费站，实现不停车快捷收费，2019年5月国务院办公厅印发《深化收费公路制度改革取消高速公路省界收费站实施方案》。按照“远近结合、统筹谋划，科学设计、有序推进，安全稳定、提效降费”的原则，明确技术路线，加快工程建设，力争2019年底前基本取消全国高速公路省界收费站，提升人民群众的获得感、幸福感、安全感。

一

存在问题

（一）运维业务长期存在的短板

1、运维手段与行业发展脱节

目前在公路设备运维工作中，设备故障的维修报送仍然大量采用人工记录故障情况、通过电话或短信逐级报送运维人员的运维模式。部分业务性较强的管理单位可能使用运维管理系统，但仍然需要设备负责人填写故障信息推送给运维人员，进行人工填报。

2、运维耗时耗力成本高

公路机电设备种类繁多，包括收费站收费设备、道路监控诱导设施、供配电及机房服务器、网络安全设备等。设备分布区域广泛，遍布道路干线、上下匝道、收费站出入口及管理单位办公区域。日常的巡查和故障维修需要耗费大量时间和人员进行保养和处置。

3、设备运维不及时，缺乏预警

设备故障的处置工作仍然以被动发现故障—人工填报—维修处置—人工验收这种被动维修的方式进行。日常的设备巡查无法进行针对性的巡检。全面巡查耗时太长，人力物力浪费严重。只做区域巡查可能遗漏故障设备，造成部分异常隐患长期不被发现，缺乏有效的预警和提醒。

4、定位不精准，维修不彻底

设备故障报送信息通常只描述现象，缺乏故障原因分析，导致在维修过程中正常设备零件被误拆除，造成过度维修；真正故障原因无法察觉，维修不彻底造成返工率居高不下。

（二）取消省界收费站工程带来的变化

1、设备数量“倍增化”

取消省界收费站工程完成后，高速机电设备在数量和类型上相比以往成倍增加，其中ETC门架系统设备包括RSU天线、车道控制器、抓拍摄像机、汇聚交换机、工控机、一体化机柜等；收费车道设备包括栏杆机、工控机、费显、抓拍设施、红外光栅、雨棚信号灯等；入口治超系统设备包括称重感应设备，工控机，抓拍设施，栏杆机等。同时为保证运营收费业务不间断持续进行，很多设备以车道为单位进行主备冗余部署，设备维护工作量的压力之大可想而知。

2、设备监管“无人化”

随着设备种类和数量的增多，设备分布区域广泛，仍然采用传统人工方式进行监管不现实也不科学，设备监管需要统一有序且智能高效的方式，无人值守监管是公路设备运维的整体发展趋势，也是重要发展方向。

3、机电设备“智能化”

物联网、大数据、云计算、自动控制、边缘计算、感知技术不断发展和优化，设备也变得越来越智能，IPC网络摄像机、诱导设施、核心关键设备及一体化机柜等设备都逐渐具备了实现自动运维的必要条件。

二

建设架构

（一）建设目标

应充分利用数智化与物联网等新兴技术，达到降本增效的核心目标，抢占ETC门架监测与运维的第一赛道。

1、监测远程化和自动化

设备监测运维全面实现自动监测预警和远程管控功能，包括状态自动采集，自动预警提醒，自动根据设备位置、类型向指定人员分配维修任务，系统自动验证设备状态进行验收等。

2、提升自主性和预防性

实现在线监测设施自动监测设备状态并进行判断预警，分析状态趋势提前进行维修和保养，从而提高设备可靠性和设备完好率，保障高速收费运营业务顺利进行。在源头上提升设备故障自主修复和隐患监测的能力。

3、管控集约化和智能化

利用物联网设备及平台实现对重点机电设备的自动监测，机电运维管理平台实现对设备的统一管理、备品备件的出入库管理、设备维修的实时跟踪。移动端实现报警信息自动推送、维修过程各环节的移动化和便捷管理，随时随地可进行处置，一键上传图片、视频、语音和文字信息。

4、落实标准化和统一化

制定数据采集交互的接口标准和设备统一维护管理的规范，建设统一的数据采集交互组件，用于适配不同类型的设备设施，统一进行监测和管控。

（二）总体架构

按照ETC门架监测运维管理平台建设的总体需求，实现基于设备运行监测的状态数据采集、综合监测管控、移动监测运维管理、库存管理。总体技术框架示意如下图所示。

总体技术框架图

系统接入数据包括ETC门架设备、收费车道设备、外场监控诱导设备、中心机房服务器/应用、设备人员等运行状态、视频图像等各类型数据信息。

1、数据中心层

数据中心层是本项目的“智慧大脑”，对接入的数据进行运算、交换、存储等。本项目采用本地建设数据中心，采用虚拟化技术的建设方式。对接入数据进行资源池化，采用相应技术形成动态资源池，根据接入数据类型和应用需求，进一步构建各种数据应用支撑引擎，形成综合数据分析中心。数据中心建设有数据综合分析、数据接入交换等应用支撑平台。

2、应用层

充分利用引擎组件和GIS平台，实现信息数据共享，综合监测管控，统一运维管理，为整个系统的运行提供支撑，为运维业务的日常管理提供支撑。应用层主要应用包括设备监测管控平台、运维管理平台、智能运维移动端和监测运维可视化等业务子系统。

3、系统展示层

用于将各业务系统管理界面、大数据分析结果、视频图像等内容统一平台界面展示，便于管理人员获取各业务系统相关信息，本项目对各业务子系统统一展示层数据接口。

（三）业务构成

1、智能监测控制单元

智能监测控制单元利用物联网技术在高速重点机电设备区域部署前端监测设备，实时监测设备工作运行数据，用于采集ETC门架系统设备等机电设备状态信息。监测设备与后端云平台实时进行数据交互，供后端平台进行数据分析处理和远程控制等操作。

2、数据分析处理中心

数据分析处理中心结合大数据、物联网、人工智能等前沿技术，整合前端监测设备采集的数据资源，利用视频云集成、云管平台、一体机管理、系统应用监控及存储/服务器等监控工具，基于运维自动化、业务流程管理、配置管理和集中监控等智能引擎，建立数据基库和综合分析中心，对各项监测运维的应用展示平台提供数据和业务支撑。

3、设备综合监测管控平台

设备综合监测管控平台基于GIS平台图形化管理，对管辖范围内重点区域和类型的设备状态进行综合管控，实时掌握设备分布及运行情况，控制重点设备的运行。管理各种设备异常预警信息和维修任务的下发，管理设备故障维修的进展和运维人员的处置进度。其主要功能包括综合数据展示、外场设备运行监测、ETC门架系统动环监测、收费车道设备监测、设备异常管理、设备故障检测设置、设备安防报警、运行参数动态管理等。

4、设备运维管理平台

设备运维管理平台主要实现设备全生命周期可视化管理、便捷智能的维修任务分配和维修过程管理，同时包含计划的设备巡检、备件出入库管理等功能，将运维管理相关的人员、设备、数据、流程集成在一个平台中并进行充分的交互及共享。包括设备综合监测管控、备品备件管理、设备管理、各种统计分析以及系统参数管理等，主要负责整体运维业务的管控，决策分析和系统运行设置。

5、移动运维端App

移动运维端主要支撑一线运维人员进行远程运维工作，包括设备移动监测管理和远程控制、设备信息查询、设备安装领用、设备故障维修处置、设备远程控制、巡检计划执行等功能。

6、监测运维数据可视化

监测运维可视化用于管理层直观掌握区域内门架设备工作状态、设备管理、运维人员工作及绩效及设备运行各项指标等，有效辅助运维业务的管理决策。

三

智能监测与运维

（一）运维大数据融合分析

数据是一切智能运维的根基。要想智能运维方案落地，必须有强大的数据做支撑。I-MOC通过丰富的数据接口，负责将Zabbix、Nagios 、Tivoli等主流开源和商业监控平台的告警数据整合，快速接入到TOC技术运行平台；通过智能算法压缩告警数据，全程统一采集，统一存储，统一展现，从而杜绝数据孤岛，提高运维尤其是异常处理的效率；通过全局的数据统计评价各告警源的规范性、各类服务响应的SLA水平，发现运维服务瓶颈，优化服务资源匹配。

（二）监测与运维全生命周期管理

平台可以对接各大主流监控工具，可在一个系统中接收所有监控系统的告警，让运维人员集中处理运维事件，避免多平台切换，通过智能算法将告警压缩合并，为运维人员提供分析、甄选之后的最重要的告警。

平台作为汇聚多个告警源的集中告警服务台，对工单流程统一处理，能够从更高维度实现告警响应能力的统筹管理，从更高维度支持多个关联告警的合并开单，提升服务管理效率。

平台能够实现手动派单和自动派单的自动化流程，同时支持多维度的工单统计信息，为IT运维持续优化提供依据。

平台可以管理设备信息，查看和管理每个位置的设备详细信息，显示设备的历史维修和运行状态，如对外场、收费站、车道、管理处机房等的机电设备进行分类管理。

四

结束语

ETC门架监测与运维管理，旨在实现建设集约化、信息共享化、服务标准化、效益最大化的同时，满足高速公路管理部门运维的应用需求，大幅降低建设和运行成本，提升整体运行管理水平，推进云计算关键技术的研发、标准体系的建立，创新应用服务模式，带动云计算产业发展，使高速公路的机电运维业务及服务能力得到有效提升。

（原文刊载于2020年第12期《中国交通信息化》）

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微信编辑 | 户利华

责任编辑 | 崔雪薇